BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
Pada prinsipnya pengendalian dibagi menjadi 2
Pada prinsipnya pengendalian dibagi menjadi 2 yaitu pengendalian manualyaitu pengendalian manual dan pengendalian otomatis . Pengendalian otomatis pada dasarnya sama dengan dan pengendalian otomatis . Pengendalian otomatis pada dasarnya sama dengan pengendalian manual. Pada pengendalian otomatis, peranan dari operator pengendalian manual. Pada pengendalian otomatis, peranan dari operator digantikan oleh suatu alat yang disebut pengendali (
digantikan oleh suatu alat yang disebut pengendali ( controller controller ). Jadi yang bertugas). Jadi yang bertugas menambah dan mengurangi bukaan
menambah dan mengurangi bukaan valvevalve tidak lagi dikerjakan oleh operatortidak lagi dikerjakan oleh operator tetapi atas perintah
tetapi atas perintah controller controller , operator hanya bertugas memberikan harga ke, operator hanya bertugas memberikan harga ke controller
controller ((set valueset value / / set point set point = SV / = SV / SP). Oleh karena itu pengendalian otomatisSP). Oleh karena itu pengendalian otomatis pada
pada valvevalve harus dilengkapi dengan actuator sehingga unitharus dilengkapi dengan actuator sehingga unit valvevalve tersebut disebuttersebut disebut dengan
dengan control valvecontrol valve. Sehingga apabila terjadi ketidaksesuaian harga yang. Sehingga apabila terjadi ketidaksesuaian harga yang diberikan operator terhadap
diberikan operator terhadap controller controller (SV), maka atas perintah(SV), maka atas perintah controller controller akanakan membuka atau menutup sesuai dengan kondisi operasi yang sedang berjalan membuka atau menutup sesuai dengan kondisi operasi yang sedang berjalan (( process variable process variable = PV).= PV).
Dalam suatu sistem kontrol
Dalam suatu sistem kontrol sekurang kurangnya terdapasekurang kurangnya terdapat 5 t 5 macam elemenmacam elemen utama yang membentuk sistem kontrol yaitu :
utama yang membentuk sistem kontrol yaitu : a.
a. Sensing element Sensing element (Sensor), adalah elemen yang pertama kali merasakan(Sensor), adalah elemen yang pertama kali merasakan adanya variabel proses dan kemudian merubahnya ke dalam bentuk gerakan adanya variabel proses dan kemudian merubahnya ke dalam bentuk gerakan mekanik atau sinyal elektrik yang sesuai dengan besarnya variabel yang mekanik atau sinyal elektrik yang sesuai dengan besarnya variabel yang dideteksinya.
dideteksinya.
b.
b. Proses, Proses, adalah adalah sebutan variasebutan variabel prosebel proses s yang yang dikontrol / ddikontrol / dikendalikan.ikendalikan.
c.
c. Transmitter, berfungsi untuk merubah nilai variabel proses yang dirasakanTransmitter, berfungsi untuk merubah nilai variabel proses yang dirasakan oleh
oleh sensor sensor menjadi menjadi bentuk bentuk signal standard signal standard dan ditransmisikan ke dalamdan ditransmisikan ke dalam instrumen lainnya (
instrumen lainnya (controller, recorder controller, recorder ) yang besarnya tergantung dari jenis) yang besarnya tergantung dari jenis transmitter-nya yaitu 4-20 mA atau 1-5 Vdc (untuk transmitter elektrik) atau transmitter-nya yaitu 4-20 mA atau 1-5 Vdc (untuk transmitter elektrik) atau 3-15 psi (untuk transmitter pneumatic)
3-15 psi (untuk transmitter pneumatic) d.
d. Elemen pengatur (Elemen pengatur (controller controller ), adalah elemen pengatur memanfaatkan signal), adalah elemen pengatur memanfaatkan signal error y
error yang ang dihasilkan dihasilkan untuk untuk kemudian kemudian digunakan digunakan sebagai sebagai dasar dasar untuk untuk memberikan
memberikan memberikan memberikan perintah perintah perbaikan perbaikan yang yang akan akan dilakukan dilakukan oleholeh elemen pengontrol akhir (
elemen pengontrol akhir ( final control element final control element ).).
e.
e. Elemen pengontrol akhir (Elemen pengontrol akhir ( final final control control element element ), ), dapat dapat berupaberupa control valvecontrol valve,, motor, pompa yang menerima dan melaksanakan signal instruksi yang motor, pompa yang menerima dan melaksanakan signal instruksi yang diberikan oleh
diberikan oleh controller controller untuk mempertahankan nilai variabel proses padauntuk mempertahankan nilai variabel proses pada nilai
nilai setpoint setpoint -nya.-nya.
Gambar
Gambar 1 1 Elemen-Elemen Elemen-Elemen Sistem Sistem PengendaPengendalian Alian Aliranliran
BAB II ISI
Final control element adalah elemen akhir dari suatu sistem pengendalian yang fungsinya mengoreksi perbedaan antara process variable (PV) terhadap set variable (SV) berupa gerakan naik-turun (buka-tutup) valve sesuai sinyal yang diterimanya dari kontroler.
Dalam suatu sistem, final control element merupakan salah satu kunci kestabilan sistem. Tidak ada gunanya kita mengoptimalkan controller , memodernkan feedback system, atau meghilangkan noise dalam signal transmitting tanpa disertai dengan pengoptimalan fungsi final control element dan actuatornya. Final control element dalam suatu kontrol sistem merupakan hasil akhir dari output controller yang nantinya akan memengaruhi langsung nlai proses variabel. Final control element bisa berupa actuator dan valvenya, atau motor dengan variable speed , atau bisa juga heater dan cooler dan sebagainya.
Control valve adalah final control element yang paling umum digunakan untuk mengatur aliran bahan dalam sebuah proses. Control valve bertugas melakukan langkah koreksi terhadap variabel termanipulasi, sebagai hasil akhir sistem pengendalian. Control valve hanyalah salah satu elemen pengendali akhir ( final element control), namun paling umum yang digunakan, Akibatnya muncul pengertian control valve = elemen pengendali akhir. Ditinjau dari gerakan valve- nya, aksi control valve terdiri dari :
a. Air To Open (ATO), yaitu apabila control valve menerima sinyal dari controller sebesar 3 – 15 psi gerakannya akan mengakibatkan bertambahnya aliran yang melewatinya.
b. Air To Closed (ATC), yaitu apabila control valve menerima sinyal dari controller sebesar 3 – 15 psi gerakannya akan mengakibatkan berkurangnya aliran yang melewatinya.
Pemilihan ATO atau ATC disesuaikan dengan safety operation pada keadaan instrument-air supply failure (kegagalan angin). Contoh : control valve pada tower vapour line untuk tower top pressure control, dipilih air to close (ATC). Kemudian control valve pada fuel untuk burner dipilih air to open (ATO).
A. Aksi Control Valve
Control valve mempunyai aksi direct atau aksi reverse, untuk menentukan aksi control valve, maka kita harus memahami beberapa istilah dasar.
Input : istilah input pada valve kita definisikan, bahwa input sebagai sinyal yang menyebabkan valve merubah posisi stroke. Hal ini biasanya berupa sinyal pneumatik 3 – 15 psi atau 20 – 100 kPa.
Output : output valve adalah fluida mengalir melalui valve. Gas, uap dan cairan adalah fluida.
Aksi Direct : aksi direct dapat ditentukan dengan melihat hubungan antara input dan output-nya. Jika kenaikan input menyebabkan kenaikan output maka dikatakan bahwa valve tersebut mempunyai aksi direct .
Aksi Reverse : kenaikan input menyebabkan menurunnya output maka dikatakan bahwa valve tersebut mempunyai aksi reverse.
Istilah-istilah berikut mempunyai hubungan dengan control valve aksi direct :
ATO adalah naiknya sinyal akan menyebabkan valve membuka.
Fail Closed : Jika sinyal yang menuju valve hilang maka valve menutup.
Pada gambar di bawah ini, control valve aksi direct dengan menggunakan simbol standar ISA. Anak panah berada di stem valve untuk menunjukkan bila terjadi posisi ”gagal”.
Gambar 2 Control Valve
Istilah-istilah berikut berhubungan dengan valve yang mempunyai aksi reverse:
ATC adalah naiknya sinyal akan menyebabkan valve menutup.
Fail Open : jika sinyal hilang terjadi kegagalan, maka posisi valve akan membuka. Hal ini berarti bahwa adanya sinyal udara akan menutup valve dan oleh karena itu valve mempunyai aksi reverse.
Fail Safe
Suatu pertimbangan penting ketika memilih control valve untuk aplikasi khusus dalam posisi gagal tetapi aman. Tergantung proses yang dikontrol, jika memilih valve untuk aplikasi sedemikan sehingga ketika terjadi kehilangan sinyal, maka valve gagal tetapi dalam posisi aman.
Aktuator diafragma pneumatik mempunyai posisi full open atau full close.
Hal ini adalah bagian dimana valve ditentukan oleh apakah aksi valve-nya air to open atau air to close seperti dijelaskan sebelumnya. Spring internal yang mempunyai gaya yang melawan aktuator adalah yang bertanggung jawab terhadap seting valve-nya apakah posisi membuka atau posisi menutup. Ketika memilih valve yang terpenting ialah memahami karakteristik yang dikontrol, dan memilih valve yang sesuai yang dibutuhkan proses tersebut. Sebagai contoh, kita akan menggunakan valve untuk mengontrol temperatur air yang meninggalkan heat exchanger seperti terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 3 Skema Fail Safe (Fail Closed )
Proses seperti pada gambar di atas, dipilih valve fail closed . Jika sinyalnya yang menuju valve hilang, maka valve harus menutup dan air yang dipanaskan tetap dingin. Dalam proses ini jika menggunakan valve gagal membuka maka air mungkin mendidih dan menghasilkan tekanan yang berlebihan pada heat exchanger dan mungkin akan menyebabkan kerusakan pada heat exchanger
tersebut. Tetapi bila menggunakan valve dengan aksi fail closed seperti terlihat pada gambar akan menghilangkan kemungkinan-kemungkinan terbentuknya tekanan tinggi.
B. Bagian-Bagian Valve dan Fungsinya
Control valve terdiri dari tiga (3) bagian utama, yaitu aktuator, body valve assembly dan asembli bonnet. Gambar dibawah menunjukkan hubungan ketiga bagian tersebut, yang membentuk control valve lengkap.
Gambar 4 Bagian-Bagian Valve 1. Actuator Control Valve
Actuator control valve terdiri dari komponen-komponen berikut :
Koneksi Tekanan Beban ( Loading Pressure Connection)
Koneksi udara bertekanan (pneumatik) dimana sinyal kontrol dikirimkan ke valve.
Wadah Diaphragma ( Diaphragm Casing)
Merupakan rumah atau wadah (ada yang dibagian atas / bawah) tempat berakumulasinya udara bertekanan (pneumatik) dan menyangga dua sisi diaphragma.
Diaphragma
Diaphragma adalah elemen fleksibel dibuat dari material seperti karet atau bahan polimer sintetis, yang digunakan untuk mentransmit tenaga pada pelat diaphragma dan juga merupakan penyekat udara yang kuat.
Pelat Diaphragma
Sebuah pelat diaphragma yang digunakan untuk mentransfer sinyal kontrol ke stem aktuator.
Pegas Aktuator ( Actuator Spring)
Pegas atau spring digunakan untuk melawan gaya pelat diaphragma dan akan mengembailkannya ke kondisi semula.
Stem Aktuator ( Actuator Stem)
Batang atau poros yang menghubungkan pelat diaphragma ke plug valve.
Spring Seat
Sebuah alat yang digunakan sebagai dudukan / memegang pegas atau spring.
Spring Adjuster
Koneksi yang digunakan untuk menyetel regangan pegas aktuator.
Stem Connection
Klamp yang digunakan untuk memegang stem aktuator dan stem plug valve.
Yoke
Struktur yang menyangga asembli aktuator dari asembli bonnet.
Travel Indicator
Sebuah plat tipis yang digunakan untuk menunjukkan posisi valve.
Skala Indikator
Skala ukur untuk menunjukkan posisi valve apakah valve dalam posisi (O
”open” atau C ”close”).
Gambar 5 Konstruksi Sederhana Control Valve
Dalam aplikasi di lapangan, aktuator control valve yang digunakan ada yang terkoneksi dengan solenoid (on/off ) dan ada juga yang terkoneksi dengan
positioner (kondisi continue), dan penggunaannya harus selalu dikaitkan dengan kebutuhan proses.
Solenoid digunakan pada proses yang membutuhkan buka dan tutup valve secara full position (buka dan tutup 100%), sedangkan positioner diaplikasikan pada proses dengan variabel proses yang senantisa berubah-ubah dengan range yang fleksibel (dari 0% sampai dengan 100%). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 6 Penggunaan Solenoid
Gambar 7 Penggunaan Positioner
Actuator control valve dilengkapi pula dengan positioner . Positioner merupakan pengendali proporsional yang mengatur posisi stem sesuai dengan sinyal kontrol. Positioner digunakan untuk informasi pada posisi umpan balik dan memastikan bahwa katup berada dalam posisi yang benar. Kinerja positioner tergantung pada keakuratan umpan balik posisi dan keterkaitan digunakan. Untuk aplikasi kontrol kritis, keterkaitan perlu lebih akurat dan kuat. Kontrol tekanan umumnya 3 sampai 15 psi, tapi positioner dapat beroperasi sampai dengan 100 psi yang memberikan kekuatan yang lebih besar. Positioner terdiri dari beberapa bagian yaitu :
Resricted Orifice yang berfungsi menghambat tekanan sumber (suplay).
Bellow dan spring berfungsi sebagai penterjemah tekanan pneumetik ke besaran gerak.
Nozzel dan Baffle berfungsi untuk membocorkan sebagian tekanan suplay yang bekerja pada diaphragma.
Elongated Slot berfungsi sebagai engsel untuk menjaga agar baffle naik turun seirama dengan gerak stem
Rellay
Manfaat yang lain dari positioner adalah untuk mempercepat reaksi control valve sehingga lag time dapat diperkecil, valve positioner dapat diartikan juga sebagai controller karena di dalamnya terdapat proses umpan balik (Proporsional Control) dari aksi aktuator ke positioner .
2. Body Valve Assembly
Body Valve Assembly terdiri dari : Body valve, Asembli Bonnet, dan Trim Valve.
Gambar 8 Body Valve Assembly
Berbagai macam bentuk body control valve telah dikembangkan beberapa tahun yang lalu, namun secara garis besar valve dapat diklasifikasikan ke dalam dua kelompok berdasarkan cara penutupan, yaitu gerak linear dan gerak rotasi. Berikut beberapa valve body yang populer penggunaannya saat ini.
A. Globe Valves
1. Single-Port Valve Body Kelebihan :
Rangeability : tinggi
Tight shutoff : kebocoran sangat kecil atau tidak ada pada saat control valve dalam kondisi baru atau baik.
Tersedia plug yang dapat dibalik ( reversible)
Sering digunakan dalam ukuran di bawah 2 inches Kekurangan :
Control valve dengan disain “unbalanced ” membutuhkan actuator yang relatif lebih besar.
Mempunyai karakteristik Low Pressure Recovery.
a. Popular Single-Ported Globe-Style Valve Body
Control valve ini digunakan secara luas pada aplikasi pengendalian proses,terutama untuk ukuran 1 ~ 4 inch.
Gambar 9 Popular Single-Ported Globe-Style Valve Body
b. Flanged Angle-Style Control Valve Body
Bentuk angle valve hampir selalu single-port , biasanya digunakan di dalam aplikasi feedwater dan heater drain.
